
串聯(lián)流動(dòng)反應(yīng)器停留時(shí)間分布的測定
一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/STRONG>
1.通過實(shí)驗(yàn)了解:利用電導(dǎo)率測定停留時(shí)間分布的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。
2.掌握停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值的計(jì)算方法.
3.學(xué)會(huì)用理想反應(yīng)器串聯(lián)模型來描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流動(dòng)特性。
4.了解微機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的方法。
二)實(shí)驗(yàn)原理
本實(shí)驗(yàn)停留時(shí)間分布測定所采用的主要是示蹤響應(yīng)法。它的原理是:在反應(yīng)器入口用電磁閥控制的方式加入一定量的示蹤劑KNO3,通過電導(dǎo)率儀測量反應(yīng)器出口處水溶液電導(dǎo)率的變化,間接的描述反應(yīng)器流體的停留時(shí)間。常用的示蹤劑加入方式有脈沖輸入,階躍輸入和周期輸入等。本實(shí)驗(yàn)選用脈沖輸入法。脈沖輸入法是在較短的時(shí)間內(nèi)(0.1~1.0秒),向設(shè)備內(nèi)一次注入一定量的示蹤劑,同時(shí)開始計(jì)時(shí)并不斷分析出口示蹤物料的濃度c(t)隨時(shí)間的變化。由概率論知識,概率分布密度E(t)就是系統(tǒng)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)。因此,E(t)dt就代表了流體粒子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間介于t-dt間的概率。
在反應(yīng)器出口處測得的示蹤計(jì)濃度c(t)于時(shí)間t的關(guān)系曲線叫響應(yīng)曲線。由響應(yīng)曲線可以計(jì)算出E(t)與時(shí)間t的關(guān)系,并繪出E(t)-t關(guān)系曲線。計(jì)算方法是對反應(yīng)器作示蹤劑的物料衡算,即

式中Q表示主流體的流量,m為示蹤劑的加入量,示蹤劑的加入量可以用下式計(jì)算

在Q值不變的情況下,由(1)式和(2)式求出

關(guān)于停留時(shí)間分布的另一個(gè)統(tǒng)計(jì)函數(shù)是停留時(shí)間分布函數(shù)F(t),即

用停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)和停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)來描述系統(tǒng)的停留時(shí)間,給出了很好的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。但是為了比較不同停留時(shí)間分布之間的差異,還需引進(jìn)兩個(gè)統(tǒng)計(jì)特征,即數(shù)學(xué)期望和方差。數(shù)學(xué)期望對停留時(shí)間分布而言就是平均停留時(shí)間 ,即

方差是和理想反應(yīng)器模型關(guān)系密切的參數(shù)。它的定義是:

對活塞流反應(yīng)器=0;而對全混流反應(yīng)器
;的
來計(jì)算。

當(dāng)N為整數(shù)時(shí)代表該非理想流動(dòng)反應(yīng)器可用N個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器的串聯(lián)來建立模型當(dāng)N為非整數(shù)時(shí)。可以用四舍五入的方法近似處理也可以用不等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)模型。
(三)裝置、流程及試劑
反應(yīng)器為有機(jī)玻璃制成的攪拌釜。其有效容積為1000ml。攪拌方式為葉輪攪拌。流程中配有四個(gè)這樣的攪拌釜。示蹤劑是通過一個(gè)電 磁閥瞬時(shí)注入反應(yīng)器。示蹤劑KCl 在不同時(shí)刻濃度c(t)的檢測通過電導(dǎo)率儀完成。

電導(dǎo)率儀的傳感為鉑電極,當(dāng)含有KCI的水溶液通過安裝在釜內(nèi)液相出口處鉑電極時(shí),電導(dǎo)率儀將濃度c(t)轉(zhuǎn)化為毫伏級的直流電壓信號,該信號經(jīng)放大器與A/D轉(zhuǎn)機(jī)卡處理后,由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該代表濃度c(t)的數(shù)字信號在微機(jī)內(nèi)用預(yù)先輸入的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并計(jì)算出每釜平均停留時(shí)間和方差以及N后,由打印機(jī)輸出。